JP4641525B2 - バルブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バルブ装置に関し、ＥＧＲ用として好適に利用されるバルブ装置に関する。
従来から、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（NOx）を低減する対策として、ＥＧＲ（Exhaust
Gas Recirculation：排気ガス再循環）と呼ばれる、エンジンから排出された排気ガスの一部を、エンジンの吸気系統に戻して再循環させるための、排気ガス用通路用弁であるＥＧＲバルブ装置がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
ＥＧＲバルブは排気管から導かれた高温の排気ガスにさらされたり、再循環排気ガスクーラで冷却され、温度が低減された排気ガスにさらされる。排気ガス中にはカーボン等の微粒子が存在し、ＥＧＲバルブの弁軸にカーボンが付着する。また、温度が低減された排気ガスでは燃料中の硫黄分が変化した硫酸が生じ、硫酸により腐食したり、腐食部分にさらにカーボンが付着して固まりＥＧＲバルブの作動不良を起こすことがある。
特許文献１のＥＧＲバルブ装置である排気ガス再循環制御バルブ１０５は、図１０に示すように、内部に排気ガス用通路を有したハウジングと、このハウジング内に設けられ排気ガス用通路を流れる排気ガスの量を調節する調節弁１０６とを備え、排気ガスの量を調節する調節弁１０６を担持した軸部１１７が、貫通する孔を有した案内部材１１４に対して摺動自在になっている。ハウジングに設けられた案内部材１１４の調節弁側には、軸部１１７の所定の空間を形成するホルダ１３１が設けられている。そして、ホルダ１３１の所定の空間内に、軸部１１７の外周部に接触する金属繊維の詰め物１３０を設け、軸部１１７の摺動時にその外周部に接触する金属繊維の詰め物１３０により、付着しているカーボンなどを拭き取っている。
また、特許文献２のＥＧＲバルブ装置では、図９に示すように、内部に排気ガス用通路１１３を有したハウジング１１２と、このハウジング１１２内に設けられ排気ガス用通路１１３を流れる排気ガスの量を調節する弁体１１６とを備え、排気ガスの量を調節する弁体１１６がバルブガイド１１５を介して摺動自在になっている。
ハウジング１１２の上部には、弁体１１６を開閉駆動するための油圧アクチュエータ１１８が設けられている。油圧アクチュエータ１１８はシリンダ１１９と、シリンダ１１９内に摺動自在に設けられたピストン１２０により構成されている。油圧アクチュエータ１１８は、電磁バルブ１３３から送油ライン１３２により供給される圧油によりピストン１２０を動かすことで作動する。
そして、このＥＧＲバルブ装置には、供給される圧油によりバルブガイド１１５等を冷却および潤滑するための冷却・潤滑手段１３５が設けられている。この冷却・潤滑手段１３５は、ピストン１２０の開弁方向へのストロークに応答してピストン１２０の正面側室１１９ａとスプリング室１２７とを連通させるオイル通路１３６と、冷却オイルジャケット兼潤滑オイル溜りとして機能するスプリング室１２７と、スプリング室１２７からオイルを排出するための排出口１３７とから形成されている。オイル通路１３６は、シリンダ１１９の内周面にその軸線方向に沿って溝加工により形成されている。
オイル通路１３６の一端側は、ピストン１２０がフルストローク時に一点鎖線で示すＰ１の位置まで移動すると、正面側室１１９ａに所定の面積で開口するようになっており、正面側室１１９ａから導かれてきた圧油を、矢印に示すようにバルブガイド１１５の周囲に向けて導入できるようなっている。
ＥＧＲバルブ装置が作動する時、図示しないオイルポンプにより圧送される圧油は電磁バルブ１３３によって油圧アクチュエータ１１８側に送られる。圧油によりピストン１２０がフルストロークし、その結果、スプリング室１２７へ導かれた圧油は、バルブガイド１１５および弁軸１１６ａの周りをこれらと接触して流れた後、排出口１３７からオイルパンへと戻される。これにより、バルブガイド１１５および弁軸１１６ａの熱は、これらの周りを流れる圧油によって奪われて外部へと排出され、バルブガイド１１５および弁軸１１６ａの過度の温度上昇が抑えられる。
特開平１１−３３６６１６号公報 特開平７−３３２１６９号公報（第３〜４頁、図１、図２）
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のＥＧＲバルブ装置では、下記の課題が存在する。
第１に、特許文献１のＥＧＲバルブ装置では、金属繊維の詰め物により付着しているカーボンなどを拭き取るために、長期間使用していると金属繊維の目にカーボンが詰まってしまい、カーボンなどを拭き取る効果が無くなってしまう。
第２に、特許文献２のＥＧＲバルブ装置では、ハウジング１１２本体とは別に電磁バルブ１３３を設けているため、電磁バルブ１３３とハウジング１１２本体に圧油を送るための送油ライン１３２が必要になってしまい、部品点数が多くなってしまう。また、ハウジング１１２本体とは別に電磁バルブ１３３を設けるのでＥＧＲバルブ装置としての場積が大きくなってしまう。
第３に、特許文献２のＥＧＲバルブ装置では、冷却・潤滑手段１３５のオイル通路１３６は、シリンダ１１９の内周面にその軸線方向に沿って溝加工により形成されているので、圧油はスプリング室１２７に流入するものの圧油の流速は低下してしまう。従って、バルブガイド１１５および弁軸１１６ａに対して、冷却のために圧油を強く当てることはできず冷却効果が低い。
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、長期間使用しても作動不良を起こさないバルブ装置を提供することを目的としている。
本発明のバルブ装置は、流体の流路を有するバルブハウジング本体と、前記バルブハウジング本体内部に形成されたバルブガイドと、前記バルブガイド内を摺動して、バルブを開閉するバルブステムと、前記バルブガイドの前記流路側に設けられ、前記バルブステムが摺動可能に挿入されるスクレーパとを備え、前記スクレーパの流路側先端には、先端方向に向かうにしたがって外径が小さくなって先細る円錐台状の刃部が設けられており、前記バルブステムは、前記バルブガイド内を摺動する大径軸部と、前記大径軸部の外径よりも小さい外径を有して前記スクレーパ内を移動する小径軸部とを有し、前記スクレーパの刃部の内径は、前記小径軸部の外径より０．２〜１．０ｍｍ大きく、前記大径軸部の外径と同じであり、前記スクレーパの刃部より前記大径軸部側の前記スクレーパの内径は前記大径軸部の外径よりも大きくなっていることを特徴とする。
このような本発明によれば、スクレーパが円錐台状の刃先を有しているので、バルブステムの表面に付着した付着物を、バルブステムが上方向に摺動するたびにスクレーパが削り落とすことができ、長期間使用しても作動不良を起こさないバルブ装置を提供することができる。
このような本発明によれば、バルブステムと刃部のスキマにわずかに残った付着物が固化して刃部と小径軸部とが固着することなく、かつ付着物を削り落とすのに効果的なバルブ装置を提供することができる。
このような本発明によれば、バルブステムを短くして、バルブステムが上方に摺動してスクレーパが付着物を掻き取った箇所がバルブガイドに入ったとしても、付着物の外径はバルブステムの外径と同じなので、摺動不良を起こすことがない。従って、バルブステムを短くして、バルブ装置をコンパクトにできる。
本発明のバルブ装置において、前記バルブガイドの前記流路側端部に、前記バルブステム外周を掴むように付勢するシール部材を設けることが望ましい。
このような本発明によれば、通過流体中の異物がバルブステムやハウジングを伝わって上方のバルブガイドに入り込むのを防止できる。
本発明のバルブ装置において、前記流体は、内燃機関に再還流されてＥＧＲを行う排気ガスであり、バルブ装置は、ＥＧＲバルブであることが望ましい。
このような本発明によれば、ＥＧＲバルブに好適なバルブ装置を提供できる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置は、バルブハウジング本体と、前記バルブハウジング本体に設けられ、バルブを開閉する油圧アクチュエータと、前記バルブハウジング本体に設けられた電磁比例アクチュエータと、前記電磁比例アクチュエータによって進退し、前記電磁比例アクチュエータの力と油圧による力が釣り合うことで、前記油圧アクチュエータに作用する油圧を制御する油圧制御弁とを備え、前記油圧アクチュエータと前記油圧制御弁は、バルブハウジング本体内で一体に設けられることが望ましい。
このような構成によれば、前記油圧アクチュエータと前記油圧制御弁は、前記バルブハウジング本体で一体に設けられたので、バルブハウジング本体とは別体に油圧制御弁を設けてバルブハウジング本体との間に配管を行う必要が無く、部品点数を減らすことができ、バルブハウジング本体と油圧制御弁を別々にするよりもＥＧＲバルブ装置がコンパクトな構造になる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、前記バルブハウジング本体は、バルブを備えたバルブ部と、前記油圧アクチュエータ及び前記油圧制御弁を備えた駆動部とを分割して有し、前記バルブ部と前記駆動部は、バルブ軸を中心軸とした周方向に、互いの固定手段が設けられていることが望ましい。
このような構成によれば、バルブを備えたバルブ部と、前記油圧アクチュエータ及び前記油圧制御弁を備えた駆動部を容易に分解でき、故障した場合でも、それぞれ独立で部品交換ができるため、整備費用が低減できる。また、搭載箇所に応じて駆動部を搭載容易な方向に組み立てることができる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、前記油圧アクチュエータは、油圧シリンダからのピストンの抜け止め用ストッパを有することが望ましい。
このような構成によれば、バルブが破損した時に、油圧シリンダからピストンが飛び出ることが無く、油圧を封じ込めるので、油圧を保持できる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、前記油圧アクチュエータは、往復動ピストン式であり、前記油圧制御弁はスプール式であって、前記油圧アクチュエータと前記油圧制御弁は、進退方向を揃えて並行に配置されることが望ましい。
このような構成によれば、油圧回路の形成が容易になるとともにＥＧＲバルブ装置の場積が小さくできる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置は、バルブハウジング本体と、前記バルブハウジング本体内部に配置され、バルブステムの摺動を案内するバルブガイドと、前記バルブガイドに向けて配置され、冷却油を噴出させる絞り部を有するノズルとを備えていることが望ましい。
このような構成によれば、バルブガイドに向けて、冷却油を吹き付けるので、バルブガイド周りの冷却媒体の流動速度が速くなり、冷却能力を向上できる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、前記ノズルへ供給する油圧は、前記ＥＧＲ用のバルブ装置を装着する内燃機関が稼動中に作る油圧を用いることが望ましい。
このような構成によれば、エンジンが稼動中であればＥＧＲ用のバルブ装置が作動していなくとも、常時冷却油を噴出可能なので、弁体に溜まった熱で周囲の温度を上昇させるヒートソークバックを防止できる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、バルブを開閉する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを制御する油圧制御弁とを備え、前記ノズルへ供給する油圧は、前記油圧制御弁への油圧供給を行う油圧回路から分岐した油圧であることが望ましい。
このような構成によれば、油圧制御弁へ圧油を供給する圧油供給回路から分岐してノズルに圧油を供給するので、冷却用の油圧を別に用意する必要が無く、構造を簡素化できる。
本発明のＥＧＲ用のバルブ装置において、バルブを開閉する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを制御する油圧制御弁とを備え、前記ノズルへ供給する油圧は、前記油圧アクチュエータと前記油圧制御弁とを連通する油圧回路から分岐した油圧であることが望ましい。
このような構成によれば、ＥＧＲ用のバルブ装置が稼動中しか冷却油を噴出できないが、油圧アクチュエータ駆動用油圧回路のすぐ近くにノズルを設けられるので、加工や構造を簡単にできる。
本発明に関わるＥＧＲバルブ装置の正面図である。 本発明に関わるＥＧＲバルブ装置の右側面図である。 図１のＡＡ断面図である。 図２のＸ方向から見た本発明に関わるＥＧＲバルブ装置の下面図である。 図３のＰ部の詳細図である。 シール部材の構造説明図である。 常温時のシール部材の状態説明図である。 温度上昇時のシール部材の状態説明図である。 本発明に関わるＥＧＲバルブ装置の油圧回路図である。 本発明に関わるＥＧＲバルブ装置の冷却構造の他の実施例の説明図である。 従来（特許文献２）のＥＧＲバルブ装置を示す断面図である。 従来（特許文献１）のＥＧＲバルブ装置を示す断面図である。
符号の説明
１０：ＥＧＲバルブ装置、１１：ハウジング、１１Ｔ：排気ガス用通路、１２、１２Ａ：ケース、１２Ｗ、１２ＹＡ：冷却オイル通路を兼ねる油路、１２Ｐ、１２ＰＡ：ピストン室、１２Ｖ，１２ＶＡ：絞り部、１２Ｙ，１２ＷＡ：油路、１３：ソレノイド、１４：バルブ、１６：バルブステム、１７：バルブガイド、２１：スクレーパ、２１Ｈ：刃部、２５：シール部材であるシール、２８：ピストン、３４：スプール、ＤＳ：内径、ＤＧ、ＤＪ：外径、ＴＣ：付着物、ＴＳ：差。
以下、図を参照しながら、本発明に関わる実施形態を詳細に説明する。
図１に、本発明に関わるバルブ装置の正面図、図２にその右側面図を示す。図３に、図１のＡＡ断面図を示す。図４に、図２をＸ方向より見た下面図を示す。
図１，図２において、本発明のバルブ装置であるＥＧＲバルブ装置１０は、ハウジング１１、ケース１２、ソレノイド１３、ストロークセンサ５１を備えている。ケース１２はハウジング１１上面にボルトにより取付けられ、ハウジング１１と共にバルブハウジング本体１０Ｈを形成している。
バルブハウジング本体１０Ｈは、図４に示すように、バルブ部であるハウジング１１と駆動部であるケース１２に２分割され、バルブ１４の軸を中心とした円周上に、９０度おきにボルト孔及びねじ孔を配置することで、周方向にずらして互いに取り付けられるようにしている。従って、ケース１２は、ハウジング１１に対して９０度ずつずらせば、２点鎖線で示す向きの位置に取り付けられるようになっている。なお、ボルト孔及びねじ孔の配置を１５度おき、又は３０度おき、又は４５度おき、又は６０度おきになるようにすれば、さらに細かくケース１２の向きの調整ができる。
図１及び図２に戻って、ケース１２の上面には、ソレノイド１３がボルトにより取付けられ、ケース１２の上面にボルトにより取付けられたキャップ３１にはストロークセンサ５１がねじ込まれて取付けられている。ハウジング１１は通過流体である排気ガスの通路である排気ガス用通路１１Ｔを備え、排気ガス用通路１１Ｔの排気ガスの入口には入口フランジ１１Ｄ、排気ガスの出口には出口フランジ１１Ｅを備えている。ＥＧＲの排気ガス吸入部に取付けるための入口フランジ１１Ｄはハウジング１１の下部に設けられ、ＥＧＲの排気ガス導入部に取付ける出口フランジ１１Ｅはハウジング１１の側面に設けられている。排気ガスは矢印ＨＩから矢印ＨＤで示す方向に流れる。
図３に示すように、ハウジング１１の内部には、排気ガス用通路１１Ｔの開度を調節する調節弁であるバルブ１４が設けられている。排気ガス用通路１１Ｔの入口フランジ１１Ｄ側にはバルブ１４が当接する環状の弁座１５が設けられている。バルブ１４には軸部であるバルブステム１６が設けられ、バルブステム１６は、ハウジング１１に設けられた案内部であるバルブガイド１７の内部を上下方向に摺動する。バルブスプリング１８を受けるリテーナ１９は、バルブステム１６の上部に設けられている。バルブスプリング１８は、ハウジング１１のスプリング受け座１１Ｃとリテーナ１９とに当接している。バルブ１４は、バルブスプリング１８により上方に押し上げられ、環状の弁座１５に当接している。
図３のＰ部の詳細図である図５に示すように、バルブステム１６の排気ガス用通路１１Ｔ側には、バルブステム１６の表面に付着した排気ガス内に含まれるカーボン等を削り取るためのスクレーパ２１が設けられている。スクレーパ２１は、円筒形の上部にフランジ２１Ｆを設けている。スクレーパ２１のフランジ２１Ｆは、ハウジング１１に設けた取付穴１１Ａにプレート２３を介して挿入されている。そして、スクレーパ２１は、取付穴１１Ａに圧入されたリング２２によりフランジ２１Ｆが押さえられて取付けられている。スクレーパ２１は、ステンレス材等の耐腐食性のある材料を使用している。
インシュレータ２４は、プレート２３の上面に断熱材として設けられている。インシュレータ２４は、排気ガスの熱がスクレーパ２１を通してバルブステム１６の上方に伝わるのを防止している。
インシュレータ２４上面には、本発明のシール部材であるシール２５が設けられている。
シール２５はハウジング１１に設けた取付穴１１Ｂに装填されている。シール２５の一側の端面はハウジング１１の取付穴１１Ｂの底面に密着し、内周面がバルブステム１６の外周面に密着することにより、排気ガスや、排気ガス中に浮遊しているカーボンやオイル等がバルブステム１６やハウジング１１の取付穴１１Ｂを伝わって上方のバルブガイド１７の内部に入り込むのを防止している。
シール２５は耐熱性のある４フッ化エチレン樹脂を使用している。そして、熱膨張の大きいシール２５の内周面をバルブステム１６の外周面に対して常に密着させるために次の構造を備えている。
シール２５の構造説明図である図６Ａに示すように、シール２５にはシール２５の軸方向に対して斜めの切り込み２５Ｃがバイアスカットとして設けられている。ここで、シール２５の内径２５Ｄはバルブステム１６の外径ＤＧよりも小さく、バルブステム１６にシール２５を組み付けると図６Ｂに示すようにシール２５は押し広げられ、内側に向かって緊迫力が発生し、バルブステム外周を掴むような付勢力が発生するとともに、切り込み２５Ｃは開く。しかし、ＥＧＲバルブ装置１０に排気ガスが流れてシール２５の温度が上昇するとシール２５が熱膨張してシール２５の円周方向に伸び、内側向きの緊迫力つまりバルブステム外周を掴む付勢力は保持しつつ、図６Ｃに示すようにシール切り込み２５Ｃのスキマはなくなる。なお、シール２５は、４フッ化エチレン樹脂に青銅粉を混入させた材料を使用しても良いし、内径収縮力を有するリング状に成形した焼結合金製のものでも良い。
なお、ここで述べられたシール２５の特徴は、本発明の第２発明に対応するものである。
バルブガイド１７にはオイルシール２６が設けられている。オイルシール２６は円筒状のリング２６Ｒにリップシール２６Ｓが備えられ、リップシール２６Ｓがバルブステム１６に密着し、リング２６Ｒがバルブガイド１７の外形部に密着して、ケース１２とハウジング１１により形成されるオイル室２７のオイルが排気ガス用通路１１Ｔに洩れるのを防止している。
スクレーパ２１は、図５に示すように、円筒状の下部先端に内径及び外径を徐々に小さくし、先端を鋭角にした円錐台形状の刃部２１Ｈを設けている。刃部２１Ｈの内径はバルブステム１６の小径軸部１６Ｄと平行な平行部２１Ｌを設けている。平行部２１Ｌの長さは例えば１ｍｍ程度の所定の長さとしている。そしてこの平行部２１Ｌにより刃部２１Ｈの強度を確保し、加工の心ずれによる刃部２１Ｈの内径の変形を防止している。
なお、ここで述べられたスクレーパ２１の特徴は、本発明の第１発明に対応するものである。
スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳとバルブステム１６の小径軸部１６Ｄの外形ＤＪとの間にはスキマＮＳを設けてあり、そのために、スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳとバルブステム１６の外径ＤＪとの差ＴＳをつけている。（差ＴＳはスキマＮＳの２倍となる。）小径軸部１６Ｄはバルブステム１６の大径軸部１６Ｔよりも外径が０．５ｍｍほど小さくなっている。バルブステム１６が摺動しても、スクレーパ２１の刃部２１Ｈは小径軸部１６Ｄの長手方向の範囲にあるようになっている。この、スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳとバルブステム１６の外径ＤＪとの差ＴＳは、０．２〜１．０ｍｍに設定してある。内径ＤＳと外径ＤＪとの差ＴＳをこの程度にすると、バルブステム１６の小径軸部１６Ｄの表面に付着した排気ガス内に含まれるカーボン等の付着物ＴＣを、バルブステム１６がハウジング１１のバルブガイド１７部を上方向に摺動するたびにスクレーパ２１の刃部２１Ｈが削り落とすことができる。
この際、内径ＤＳと外径ＤＪとの差ＴＳが、０．２ｍｍ未満であると付着物ＴＣを刃部２１Ｈが削り落とすには有効であるが、バルブステム１６が停止した状態で一定時間が経過するとバルブステム１６の小径軸部１６Ｄと刃部２１Ｈのスキマにわずかに残った付着物ＴＣが固化して刃部２１Ｈと小径軸部１６Ｄとが固着してしまい、次にバルブ１４を動かそうとしても動かないことが実験の結果判明している。また、内径ＤＳと外径ＤＪとの差ＴＳが、１．０ｍｍを超えると付着物ＴＣを刃部２１Ｈが削り落とすには有効でない。
なお、ここで述べられたスクレーパ２１及びバルブステム１６の特徴は、本発明の第１発明に対応するものである。
スクレーパ２１は、バルブガイド１７の排気ガス用通路１１Ｔ側端部からの距離Ｌが、バルブ１４のストロークよりも長くなる位置に設けられている。これにより、バルブ１４がフルストロークした場合であっても、バルブステム１６の小径軸部１６Ｄと刃部２１Ｈのスキマにわずかに残った付着物ＴＣが付着した部分はバルブガイド１７に入り込むことがなく、付着物噛み込みによる固着を防止できる。
また、スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳは、バルブガイド１７に挿入されてバルブガイド１７内を摺動するバルブステム１６の大径軸部１６Ｔの外径ＤＧと同じにしてある。これにより、バルブステム１６が上方に摺動して小径軸部１６Ｄのスクレーパ２１が付着物ＴＣを掻き取った箇所がバルブガイド１７に入るような寸法としていても、付着物ＴＣの外径は大径軸部１６Ｔと同じなので、摺動不良を起こすことがない。従って、バルブステム１６の大径軸部１６Ｔの長さを短くして、上記のようにスクレーパ２１が付着物ＴＣを掻き取った箇所がバルブガイド１７に入るような寸法となっても、小径軸部１６Ｄを設け、スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳはバルブステム１６の大径軸部１６Ｔと同じにしておけば摺動不良を起こすことがないので、バルブステム１６を短くし、その分ＥＧＲバルブ装置１０をコンパクトにできる。
なお、ここで述べられたスクレーパ２１及びバルブステム１６の特徴は、本発明の第１発明に対応するものである。
図３に示すように、ケース１２にはピストン室１２Ｐが設けられ、ピストン２８が挿入され、バルブ１４を開閉させる往復動ピストン式の油圧アクチュエータとして作動している。ピストン室１２Ｐは、バルブステム１６の上方に位置している。ピストン２８は、上部にスプリング溝２８Ｍが設けられている。ピストンスプリング２９の下部は、スプリング溝２８Ｍに挿入されている。ピストンスプリング２９は、その上部を、ケース１２の上部に取付けられたキャップ３１で押さえられており、ピストン２８を下方に押している。ピストン２８の下面は、バルブステム１６の上端面に接触している。
また油圧アクチュエータのピストン２８の動きを規制し、ピストン２８を抜け出さないようにするためのストッパ１２Ｓをケース１２に設けている。このストッパ１２Ｓにより、バルブスプリング１８が破損した場合に、ピストン２８が圧油で押し下げられても、ピストン２８はストッパ１２Ｓに当たって止まるので、ピストン２８がピストン室１２Ｐから抜け出さず、圧油がオイル室２７に流れることはなく、圧油の圧力は保持できる。
ケース１２のピストン室１２Ｐの側方には、ブッシュ穴１２Ｂが設けられ、ブッシュ３２が圧入されている。ブッシュ穴１２Ｂの下部はプラグ３３により密封されている。ブッシュ３２にはスプール穴３２Ｓが設けられ、スプール３４が長手方向に摺動自在に挿入され、前記油圧アクチュエータを制御するスプール式の油圧制御弁として作動するようになっている。スプール３４はブッシュ穴１２Ｂの下部に固定されたスプールスプリング３５により上方に押し上げられている。スプール３４の上端面はソレノイド１３のロッド１３Ｒと接触している。ソレノイド１３に通電するとソレノイド１３の磁力によりロッド１３Ｒが下方に下がり、スプール３４を下方に押し下げるようになっている。
このように、バルブ１４を開閉させる油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータを制御する油圧制御弁とをバルブハウジング本体１０Ｈ（図１および図２参照）に一体に設けている。また、油圧アクチュエータと油圧制御弁とを進退方向を揃えて並行に配置している。
ケース１２には、クーリング用の圧油を噴出させるためのノズルとしての絞り１２Ｖが設けられた冷却構造を有している。絞り１２Ｖはブッシュ３２の入口ポート３２Ａと接続している冷却オイル通路１２Ｗの先端に設けられ、図２に示すケース１２に設けたオイル出口１２ＯＤとオイル室２７とを接続するオイル戻り油路１２Ｚに開口している。
そして、絞り１２Ｖの向きは図３に矢印Ｙで示すように、バルブステム１６が摺動する部分であるバルブガイド１７に向いている。特に、絞り１２Ｖの向きを、バルブガイド１７の、オイル室２７の底部に位置して排気ガス用通路１１Ｔに近い部分である付け根部に向ければ冷却効果をさらに大きくすることができる。
図３及びＥＧＲバルブ装置１０の油圧回路図である図７に示すように、ケース１２に設けたオイル入口１２ＯＩは、ブッシュ３２の入口ポート３２Ａに接続し、また、入口ポート３２Ａはケース１２に設けた絞り１２Ｖを介してオイル室２７に接続している。オイル室２７はケース１２に設けられたオイル出口１２ＯＤに接続している。ブッシュ３２の出口ポート３２Ｂはピストン室１２Ｐの上部室１２Ｘに接続している。出口ポート３２Ｂはスプール３４の圧力導入油路３４Ｄと接続し、圧力導入油路３４Ｄはブッシュ３２の下部のスプリング室３２Ｒに接続している。
ソレノイド１３に通電し、図３に示す位置からスプール３４が下方に下がると、ケース１２のオイル入口１２ＯＩ（図１参照）から入った圧油はブッシュ３２の入口ポート３２Ａから、スプール３４のスプール溝３４Ｍを通り、ブッシュ３２の出口ポート３２Ｂからケース１２の油路１２Ｙを通りピストン室１２Ｐの上部室１２Ｘに入る。上部室１２Ｘに入った圧油の圧力がピストン２８に加わり、ピストン２８はバルブスプリング１８の力に抗してバルブ１４を下方に押し下げる。バルブ１４は環状の弁座１５から離れるので排気ガス用通路１１Ｔが開き排気ガスが流れる。このようにスプール３４を用いた油圧制御弁は電磁比例アクチュエータであるソレノイド１３により動くようになっている。
一方、圧油はブッシュ３２の出口ポート３２Ｂからスプール３４の圧力導入油路３４Ｄを通ってブッシュ３２の下部のスプリング室３２Ｒに圧力を加え、スプール３４の下端面を圧油の圧力で上方に押す。するとソレノイド１３の電磁力によりロッド１３Ｒが下方に押される力と、圧油によりスプール３４が上方に押される力とが釣り合った位置でスプール３４は止まる。つまり、ソレノイド１３に流す電流を調整することで、ソレノイド１３の発生する力に応じた位置でスプール３４を止めるように制御することができ、その結果、ＥＧＲを行うために循環させる排気ガスの量を制御することができる。
また、ケース１２のオイル入口１２ＯＩから入った圧油はブッシュ３２の入口ポート３２Ａから冷却オイル通路１２Ｗを通って絞り１２Ｖから噴出し、バルブステム１６が摺動するバルブガイド１７を冷却し、排気ガスによる熱によってバルブステム１６が過熱することを防止している。
ここで、ケース１２のオイル入口１２ＯＩから入る圧油は、ＥＧＲ装置を備えたエンジンが、稼動中に作りだすものを用いている。これにより、圧油を作り出すエネルギー源を別途準備する必要がないため、構造を簡略化できる。
ケース１２のオイル入口１２ＯＩから入った圧油は、図７に示すように、絞り１２Ｖを通り、オイル室２７に入り、オイル出口１２ＯＤから流れ出ており、常に流れている状態である。図９に示す従来のＥＧＲバルブ装置が、作動して、高温の排気ガスが流れる時だけ冷却・潤滑手段１３５が働き、ＥＧＲバルブ装置が作動しない時には、冷却・潤滑手段１３５には圧油が流れない。これに対して、本発明のＥＧＲバルブ装置では、バルブステム１６はケース１２のオイル入口１２ＯＩから入った圧油により常に冷却される。従って、ＥＧＲバルブ装置１０閉時においてもバルブステム１６の過熱が抑えられ、排気ガス中のカーボン等がバルブステム１６に焼き付くことを抑制することができる。また、絞り１２Ｖの向きは、バルブステム１６が摺動するバルブガイド１７に向かっているので効率よく冷却を行うことができる。
また、必要に応じ、図８に示すように、クーリング用の圧油を噴出させるための絞り１２ＶＡに至る冷却オイル通路を、ブッシュ３２の入口ポート３２Ａと接続している油路１２ＷＡではなく、ブッシュ３２の出口ポート３２Ｂからケース１２Ａのピストン室１２ＰＡの上部室１２Ｘに入る油路１２ＹＡから分岐して設けるような冷却構造としても良い。絞り１２ＶＡの向きは、上記と同様にバルブガイド１７の、オイル室２７の底部に位置して排気ガス用通路１１Ｔに近い部分である付け根部に向ければ良い。
図３に示すように、ピストン２８の上部には、その軸方向にピストン２８のストローク検出用のストロークロッド３６が取付けられている。ストロークロッド３６はストロークセンサ５１の内径部５１Ｎに挿入され、ストロークセンサ５１はストロークロッド３６に備えられたマグネット３６Ｍの位置が変化することによる磁力の変化を検出することで、ピストン２８のストロークを検出している。これにより、バルブ１４のストロークを検出し、図示しない電気的なコントローラなどの制御手段によりＥＧＲバルブ装置１０の開度の制御を行うことができる。
本実施形態によれば、以下の効果がある。
第１の課題に対しては、円錐台形状の刃先を有するスクレーパ２１を設けることで、バルブステム１６の表面上に付着した排気ガス内に含まれるカーボン等の付着物ＴＣを、バルブステム１６が上方向に摺動するたびに削り落とすことができる。これにより、付着物によるバルブの作動不良が回避される。
また、スクレーパ２１の内径ＤＳとバルブステム１６の外径ＤＪとの差ＴＳを規定することで、バルブステム１６が固着することなく、かつ付着物ＴＣを効果的に削り落とすことができる。
さらに、バルブステム１６端部からスクレーパ２１までの距離Ｌ、スクレーパ２１の刃部２１Ｈの内径ＤＳとバルブステム１６の外径ＤＧとの関係を規定することで、バルブステム１６に付着物が残っている場合でも、これによる摺動不良を防止できる。
そして、前述したシール２５の特徴により、排気ガス中の異物がバルブガイド１７の内部に入り込むのを防止する。
従って、これらの効果により、長期間使用しても作動不良を起こさないＥＧＲバルブ装置１０が実現できる。
第２の課題に対しては、バルブ１４の作動を制御するソレノイド１３やスプール３４を備えた制御装置を、ハウジング１１とケース１２とで構成するバルブハウジング本体１０Ｈに一体に設けているので、制御装置とバルブを接続する配管が不要になり、部品点数が削減できる。その上、ＥＧＲバルブ装置全体として集中化できるので制御部とバルブ本体を別々に設置するよりもコンパクトになる。
また、バルブハウジング本体を、ハウジング１１とケース１２に分割したことで容易に分解ができ、故障した場合でもそれぞれ単独で部品交換ができ、整備費用が低減できる。さらに、バルブ１４の軸を中心とした円周上にボルト孔及びねじ孔を配置することで、ケース１２は周方向にずらしてハウジング１１に取り付けられるため、搭載箇所に応じて搭載容易な方向に組み立てることができる。
そして、スプール式の油圧制御弁と、油圧アクチュエータとを長手方向に平行に配置したため、油圧回路の形成が容易になるとともにＥＧＲバルブ装置の場積が小さくできる。
従って、これらの効果により、部品点数が少なくコンパクトなＥＧＲバルブ装置１０が実現できる。
第３の課題に対しては、バルブガイドに向けて、冷却のために圧油を噴出するので効率良くバルブステムを冷却できる。
また、圧油供給回路から分岐したノズルから冷却のために圧油を噴出するので、冷却のための別の油圧源が不要となり、構造が簡単となる。
さらに、油圧アクチュエータを制御する油圧制御弁への圧油供給回路から分岐したノズルから冷却のために圧油を噴出するので、常時バルブステムを冷却できる。一方で、油圧制御弁から油圧アクチュエータへの油路１２ＹＡから分岐して絞り１２ＶＡに至る冷却オイル通路を設けた場合には、ＥＧＲバルブ装置１０が稼動中しか冷却油を噴出できないが、油圧アクチュエータ駆動用油圧回路のすぐ近くにノズルを設けられるので加工や構造を簡単にできる。
従って、これらの効果により、冷却性能が良いＥＧＲバルブ装置１０が実現できる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では油圧アクチュエータでバルブ１４を駆動しているが、バルブ１４の駆動手段は、油圧駆動だけではなく、電気駆動や空圧駆動であっても良い。例えば、空圧シリンダによる駆動、電磁ソレノイドによる駆動、ステップモータとウオームギヤの組み合わせによる駆動でも良い。
また、制御装置をハウジングに直付けしてハウジングと一体に構成しても良い。
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
本発明は、バルブ装置として利用でき、ＥＧＲ装置のバルブとして好適に利用できる。

Claims (3)

  1. バルブ装置において、
    流体の流路を有するバルブハウジング本体と、
    前記バルブハウジング本体内部に形成されたバルブガイドと、
    前記バルブガイド内を摺動して、バルブを開閉するバルブステムと、
    前記バルブガイドの前記流路側に設けられ、前記バルブステムが摺動可能に挿入されるスクレーパとを備え、
    前記スクレーパの流路側先端には、先端方向に向かうにしたがって外径が小さくなって先細る円錐台状の刃部が設けられており、
    前記バルブステムは、前記バルブガイド内を摺動する大径軸部と、前記大径軸部の外径よりも小さい外径を有して前記スクレーパ内を移動する小径軸部とを有し、
    前記スクレーパの刃部の内径は、前記小径軸部の外径より０．２〜１．０ｍｍ大きく、前記大径軸部の外径と同じであり、
    前記スクレーパの刃部より前記大径軸部側の前記スクレーパの内径は前記大径軸部の外径よりも大きくなっている
    ことを特徴とするバルブ装置。
  2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
    前記バルブガイドの前記流路側端部に、前記バルブステム外周を掴むように付勢するシール部材を設けた
    ことを特徴とするバルブ装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ装置において、
    前記流体は、内燃機関に再還流されてＥＧＲを行う排気ガスであり、
    バルブ装置は、ＥＧＲバルブである
    ことを特徴とするバルブ装置。
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